交叉口混合交通流跟驰行为王嘉煜

交叉口混合交通流跟驰行为摘要：随着中国机动车数目的日益增加，非机动车的骑行空间被挤占、压缩，非机动车与机动车，以及行人构成的混合交通在道路上相互干扰，成为城市交通问题的根源之一。交叉口是城市道路网络的节点，起着转换交通流的重要作用，交叉口区域的机非冲突也成为非机动车事故的重要原因。同时，非机动车准时性高、出行灵活、环保、健康、低能耗，非机动车交通作为绿色交通出行方式，己成为发展城市公共交通系统、缓解道路交通压力的良好补充团。符合我国国情并且作为我国城市道路主要交通方式之一的非机动车在现阶段具有不可替代性，所以研究非机动车也将成为热点。1.1混合交通流概念混合交通流是指机动车、电动车、非机动车、行人等交通流在同一道路空间内行驶。在城市交叉口，混合交通流相互交叉，导致交通秩序混乱，交通拥堵与事故频发，通行能力下降等不利影响。混合交通是一种客观存在的交通现象，是我国城市交通的主要特征之一。它通常分为三种情况:一是不同种类机动车的混合交通;二是机动车和非机动车的混合交通;三是机动车、非机动车和行人的混合交通。一般我们所说的混合交通是指后两种情况。由机动车、非机动车、行人等不同交通方式组成的混合交通是产生诸多交通问题的根源。在混合道路交通中，尽管各交通方式的驾驶行为、运行速度等基本特征各不相同，但是主要体现在行驶过程中经常相互干扰，产生冲突，由此带来了一系列交通问题。如果处理不好机动车和非机动车对通行时空资源的占有与争夺，一方面会增加交通事故隐患，另一方面也会降低道路的通行效率。1.2混合交通下信号交叉口交通特性平面交叉口在交通特性上具有以下特点:(1)交通流量大在平面交叉口各相交道路上不仅机动车数量多，非机动车和行人也有相当大的数量。因而在流量较大的交叉口通常设有信号控制以规范和指导不同类型的交通流通过。(2)交通密度大在信号交叉口，红灯期间，车辆必须按顺序排队等候，此时间段内通常会聚集大量的交通流，在绿灯时间，各交通流纷纷涌入交叉口，使得交叉口的交通密度增大;(3)交通速度低一方面，在交叉口由于信号控制，车辆停驶、起步频繁，车辆一般都在低速状态;另一方面，由于存在各种干扰因素，为保证交通安全，车辆不得不低速运行通过。(4)冲突点、交织点多交叉口是各种车辆、行人汇集、分散的地段，各交通流相互干扰严重，形成很多冲突点，其中，左转弯车辆对交叉口交通影响，以及右转机动车与直行非机动车间的影响最为突出;(5)混合交通干扰严重在我国大部分城市，交叉口处机动车、非机动车、行人混合行驶，彼此之间相互干扰。信号交叉口对不同方向的交通从时间上实行分离，但还没有一种有效方法将不同类型的交通流进行分离，行人与非机动车，特别是高峰期对机动车交通造成很大影响;(6)时间的不均匀性由于交通特性在时间上有高峰和非高峰的区别，因此交通流在交叉口存在较强的时间上的不均匀性。早晚上下班期间，达到非机动车、机动车综合流量的最高峰，而在夜间12点至凌晨6点为流量较小的时段;(7)周围环境影响一些经营商家和商贩想方设法在交叉口人流众多的地段开设商店和摊位，以吸引客人前往购买。这些情况的出现容易干扰交叉口的正常交通流通行，影响通行的效率;(8)事故率高交叉口附近由于机动车、非机动车和行人相互交织、转换，发生冲突机会多，出现事故可能性比较大。据统计，我国64%的交通事故发生在交叉口(9)交通设施相对集中由于交叉口交通组织和安全的需要，机动车信号灯、非机动车信号灯、行人过街信号灯、交通岛、导流岛、人行横道线(过街天桥、地道)、各种交通标志标线等较多的交通设施都在此集中;(10)对行车舒适性影响大由于交叉口车辆遇到信号灯时会有减速、停车等候、重新启动、加速的过程，有时甚至要重复多次，对司机及乘客的行车舒适性影响很大。2.1交叉口机动车跟驰特性第一阶段:初始加速阶段。各车由静止开始启动，并处于加速状态。在这个阶段中，各车根据与前车的车头间距(或时距)调整自己的行驶状态(加速度)，并在这个阶段结束后形成挣空很小(或时距很短)的跟驰队列。第二阶段:致密性行驶队列阶段。净空很小(或时距很短)的跟驰队列的长度不蕃硒_稳定。在这个阶段，队列中的第一辆车由于没有前导车，其速度可以不断提高甚至达到期望速度，这样会拉开它与第二辆车之间的跟车间距(时距)，并刺激第二辆车提高速度，而且这种行驶状态的变化不断向后续车辆传递，从而促使整个队列出现消散，但同时队尾又不断有新的车辆加入，因此整个车队的长度并没有明显变化。在这个阶段，整个车队(长度)处于一种动态平衡之中，而每一辆车会继续根据与前车的车头间距(或时距)对自己的行驶状态(加速度)进行调整，总的来说后车与车前的车头间距(或时距)逐渐拉长。第三阶段:队列消散阶段。在这个阶段，对单个车辆来说，后车与前车的车头间距(时距)依次达到某个期望值，后车开始提高加速度以期尽快达到期望速度，也就是第二阶段所说的行驶状态的变化不断向后续车辆传递，并且这种传递速度开始大于队尾增长速度，因此对整个车队来说，车队长度不断变短。第四阶段:自由流阶段。对单个车辆来说，各车与前车的车头间距(或时距)足够长，能以期望速度行驶，依次进入自由行驶状态;对整个队列来说，致密性行驶队列完全消散。2.2交叉口非机动车交通特性非机动车在交叉口内与机动车处于同一运行平面，由于无任何防护设施，非机动车骑行人的畏惧心理经常使得车辆横向摇摆，容易偏离自身的骑行轨迹。1)成群性非机动车在行驶中没有固定的线路，又由于非机动车体积小、转向灵活，能在车道宽度方向随意行驶。在交叉口的截流、聚集、释放中使得在磨一时间断面的非机动车流显著高于其他时间的车流强度，加上非机动车容易出现并排行驶的情况，从而出现成群前进的现象，并影响后面的车辆超越。2)多变性由于非机动车机动灵活，易于转向、加速或减速，且骑行人差异较大，因而非机动车的速度和方向变化较大，在交叉口内常呈散点分布。3)遵章性差非机动车骑行人的心理是省力、抄近路和从众行为，在通过交叉口时易出现闯红灯和争道抢行等违章现象。4)机动车与非机动车的不对等性非机动车的速度和强度与机动车有着明显的区别。在交叉口内部不同方向的机动车流与非机动车流相遇时，通常是非机动车寻找机动车流的可插车间隙通过，即机动车流经常被隔断。基于以上非机动车的骑行特性，总结非机动车交通流在通过城市平面交叉口时的运行特性主要有:a)集团的散布与迭加绿灯启亮后非机动车以集群形式驶出交叉口，随着行驶距离的推移，速度快的非机动车超车前行，速度慢的非机动车逐渐掉队，呈现出明显的离散趋势。当下一周期绿灯驶出的快速非机动车追上本周期驶出的慢速非机动车时，非机动车集群又呈现出局部的迭加趋势，但从整体来看，非机动车离散的趋势大于迭加的趋势。b)车速的自我调节非机动车骑行人在行驶过程中，会受到前方交叉口信号灯的提示作用而自行调节行驶速度，以便尽量不停车通过交叉口，从而形成了一种车速自我调节的机制。虽然随着流量的增大，这种调节机制有所减弱，但仍然非常显著。c)启动损失时间小非机动车绿灯初期的启动损失时间很小，完全可以忽略不计，尤其是当红灯时间较长，非机动车流量较大时，非机动车骑车人似乎比机动车驾驶员更不愿忍受一个较长的红灯时间，往往在绿灯启亮前就迫不及待地冲出交叉口。由以上分析可以看出，由于非机动车集群的离散趋势较大，且骑车者对车速的自我调节机制较强。因此，通常相邻交叉口间非机动车的信号协调比较困难。对于非机动车来说，由于启动损失时间通常可以忽略不计，因而其绿灯损失时间很小，可以认为周期长度的变化对非机动车流饱和度的影响不大，因此对于非机动车来说应尽量采用短周期。这样不仅能让骑车者充分发挥对车速的自我调节机制，减少停车次数，还能减少骑车者的等待延误时间，避免因闯红灯抢行造成交叉口交通秩序混乱。2.3非机动车在交叉口的交通特性2.3.1非机动车在红灯期间的交通特性在红灯期间，到交叉口的非机动车在会在交叉口入口处大量聚集，首先，非机动车不会像机动车一样排队等候绿灯，而是会以集团式聚集在入口处等待;其次，在没有交通协管员的交叉口，由于执法力度不严等问题，非机动车一般不会在交管部门设置的停车线内等待通行，而是在与机动车的冲突区前面等候绿灯放行，如果交叉口没有设置右转专用相位，右转机动车可以在红灯期间通过交叉口，那么非机动车一般都会在与右转机动车的冲突区前面等侯放行;如果右转机动车在红灯期间不能通行，那么非机动车一般会在与正在通行的直行车的冲突区前等候。2.3.2非机动车在绿灯期间的交通特性当绿灯启亮后，与机动车以排队形式通过交叉口的情况不同，红灯期间聚集在交叉口的非机动车会在短时间内以非机动车群的形式释放，这时非机动车群内非机动车密度很大，非机动车在非机动车群内受到彼此的约束，此时非机动车以高密度、低自由度的非机动车群方式通过交叉口。而当非机动车群通过后，在接下来的绿灯时间非机动车会随机到达并且自由通过交叉口。此时非机动车之间基本没有相互影响，非机动车以低密度、高自由度的随机形式通过。因此非机动车在绿灯期间通过交叉口分为很明显的两个阶段，第一个阶段是非机动车以高密度的非机动车群的形态通过交叉口，第二个阶段是低密度高自由度的随机到达的非机动车自由的通过交叉口。3、交叉口机非干扰由于机动车流、非机动车流、行人的速度、特性和目标等各不相同，从而造成混合交通流中机动车流和非机动车流与行人之间的相互影响和干扰。具体表现在以下三个方面:1)干扰的辐射性。在混合交通流运行过程中，当非机动车流对某股机动车流产生干扰，则此机动车流将向后及周围的机动车流(如转向机动车流)产生传递干扰，同时使干扰迅速向另一股非机动车流及行人传递，形成了混合交通流相互干扰的辐射性。2)干扰的延迟性。在混合交通流中，直接受到干扰的交通流以及被干扰辐射的其它各股交通流，都会相应改变其运行状态。但是被干扰辐射的其它各股交通流运行状态的改变与直接受到干扰的交通流的状态不具有同步性，在时间上具有滞后性3)干扰的制约性。干扰的控制性主要有速度制约和时空制约两部分。速度制约是指在混合交通流运行状态下，当各股交通流发生干扰时，其运行状态必须相应减速，以防止碰撞等事故。时空制约是指在混合交通流运行状态下，为减少或避免混合交通流间的干扰和碰撞，保证各交通流间有一足够空间进行自我调解、保护。平交路口处转弯机动车的跟驰行为特性除具有一般车辆跟驰特性外，还存在以下特点，由于受到转弯曲率半径的影响，跟驰车辆对前导车的反应分为两种情况:(1)前导车减速时，转弯跟驰车辆比路段跟驰车辆反应更为强烈，考虑到安全因素，车辆转弯半径越大、司机的反应比较弱、驾驶员改变的车速会小一些，反之则较强;(2)前导车加速时，跟驰车辆的反应较路段跟驰车辆的反应弱，车辆转弯半径越大时，跟驰车辆的反应越强烈，驾驶员会以一个较大的加速度行驶，反之则反应较弱.3.2平交路口处混合交通干扰对机动车、非机动车及行人的影响分析。平面交叉口机动车、非机动车及行人相互干扰现象显示:①机动车遇到运动的非机动车、行人时，一方面由于机动车自身的灵活性较行人、非机动车差，另一方面交叉口内部空间小、运动交通实体多，因此机动车的轨迹通常不发生变化，多是在预期轨迹上通过调整自身速度避让非机动车、行人;②行人与非机动车相似，具有突出灵活特点，因此在与其他道路使用者发生干扰时，不仅可以通过改变速度，而且可以通过改变轨迹实现避让机动车。有信号控制的平面交叉口内，机动车形成饱和流后，相邻两车的车头时距一般较小，平均车头时距一般低于2s，最小车头时距甚至低于O.5s,出于安全起见，与机动车行驶方向交叉的过街行人与非机动车一般不会穿越车流，即使在二者过街需求量相当大的情况下，与机动车行驶方向平行的行人与非机动车在前进的过程中往往会与机动车流保持一定的侧向距离。总之交叉口内的行人与非机动车不易对处于饱和流状态下的机动车产生干扰。从时间上来看，较明显的干扰往往存在于机动车将要获得通行权但尚未获得通行权之时，以及机动车将要形成饱和流但尚未形成饱和流之时，在这两个时间内行人与非机动车一般比较容易抢占交叉口空间而延迟或阻断机动车的正常运行。显然，第一个干扰时